CN105889390A - 一种新型减振支柱 - Google Patents

Abstract

一种新型减振支柱，属于车辆主动悬架技术领域。主要由空气弹簧、附加气室、磁流变减振器主体及压缩空气充气组件和气压传感器、比例阀、功率放大器、控制单元及气管组成。附加气室、空气弹簧及磁流变减振器采用同轴一体式布置，结构紧凑；附加气室与空气弹簧通过气管经比例阀连接，形成带附加气室的空气弹簧，降低空气弹簧的固有频率；带附加气室的空气弹簧主气室部分与磁流变减振器通过一个公用的浮动气室实现阻尼和刚度的并联变化，从而自动平衡带附加气室的空气弹簧和磁流变减振器内部作用力冲突，并能利用空气介质的可压缩性和油液介质的流动性缓和座椅与驾驶室之间的振动；比例阀实现了对空气弹簧刚度、阻尼的控制，提高悬架的减振性能。

Description

一种新型减振支柱

技术领域

本发明涉及一种车辆主动悬架减振器，特指一种自动连续变刚度和阻尼连续可调的同轴一体式带附加气室的空气弹簧磁流变减振器。车辆行驶时，电子控制器ECU根据各传感器提供的数据控制带附加气室的空气弹簧的刚度及气流阻尼和磁流变减振器的阻尼，从而满足不同工况下的行驶平顺性和操纵稳定性要求。

背景技术

为了改善驾驶员的乘坐舒适性和驾驶平顺性，越来越多的车辆采用空气悬架。空气弹簧作为空气悬架的弹性元件，利用气体的可压缩性实现其弹性作用，相比于其他弹性元件具有可调弹簧系数、可调载荷能力、非线性、易于控制高度以及低摩擦等特点。但空气弹簧相比于其他弹性元件也有一定的缺点，特别是需要较大的安装空间限制了空气弹簧的广泛使用。同时，空气弹簧具有变刚度的特点，若悬架的阻尼不能随行驶状况的改变而改变也无法达到较好的舒适性和平顺性。针对空气弹簧的这些特点产生了许多空气弹簧减振器，例如中国专利号CN201110115237.0中的刚度和阻尼联动可控的同轴一体式空气弹簧减振器，通过EUC根据各传感器提供的数据控制空气弹簧的充、放气，从而控制空气弹簧的刚度及工作高度，通过步进电机调节阀芯与活塞重合孔的数目，达到改变减振器液压阻尼的目的。但是这种减振器只能实现阻尼3种变化，变化范围有限，且不能实现阻尼的连续可调；该减振支柱内部的浮动活塞在某特定位置时，刚度和阻尼发生无规律的变化，不利于悬架的精确控制，且阀芯与活塞杆结构复杂，不利于加工装配，当受到较大冲击或大行程剧烈振动时，由于浮动活塞的运动行程过大，浮动活塞中的密封圈可能与减振器内管下端的小孔接触，密封失效，引起泄露。中国专利号CN201310186653.9中的气动可调阻尼同轴一体式减振支柱，可根据车辆载荷的变化进行减振器阻尼系数的调整，提高悬架系统的自适应能力，改善车辆悬架的减振性能；但该种减振器不能实现刚度及阻尼的自动控制，未能满足人们在生产生活中的使用要求。

本发明所提出的适用于主动悬架系统的带附加气室空气弹簧磁流变减振器，与已有可调刚度阻尼减振支柱技术和同类专利相比，除具有阻尼无级调节、自动连续变刚度、刚度与阻尼的联动控制的特点外，还能增大系统的阻尼和减小系统的刚度，并且附加气室的存在能显著降低空气弹簧的固有频率；能实现刚度与阻尼的精确控制，并通过EUC实现悬架振动参数的最优匹配；将空气弹簧、磁流变减振器及附加气室设计成同轴一体式结构，可减小安装空间，实现减振悬架的高度集成化，便于在车辆上应用；对于追求更高乘坐舒适性的高档乘用车，可直接替换现有被动悬架的减振支柱成为主动悬架，或替换现有主动悬架的减振支柱实现车辆悬架更高要求的控制。

发明内容

本发明提供一种适用于车辆主动悬架的带附加气室空气弹簧磁流变减振器，其中的空气弹簧、磁流变减振器和附加气室制成同轴一体式总成，在实现刚度自动调节的同时，即能方便的调节减振器的复原和压缩阻尼力，也能对刚度和阻尼进行联动控制，并能降低空气弹簧的固有固有频率，提高了悬架缓和冲击振动的性能，可满足车辆在不同条件下获得良好的行驶平顺性和操纵稳定性的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括空气弹簧、磁流变减振器主体、附加气室、压缩空气充气组件、气压传感器、比例阀、功率放大器、控制单元及连接空气弹簧和附加气室的气管。防尘罩通过螺钉连接空气弹簧的上密封板，且侧面开有小孔，磁流变减振器的导线通过空心活塞杆和该小孔与控制单元相连。在防尘罩和上密封板的对称位置均开有2个通孔，2个通孔分别设有气嘴A和气孔B，气嘴A接通气源，并在进气处设有压力传感器，气孔B通过气管经比例阀与附加气室上密封板上的气孔C相连。在磁流变减振器主体中，活塞杆末端与活塞组件相连，将内管的液压腔分为复原腔、压缩腔，并产生阻尼通道。在活塞组件与内管、下密封盖构成的空腔内设有浮动活塞，浮动活塞将该腔分隔为2个部分，靠近活塞组件一侧的空腔部分内为磁流变液，浮动活塞的另一侧空腔部分为浮动气室。内管外套有外管，内管与外管形成环形气道，通过下密封盖上的气孔D与浮动气室相通。上密封板、外管及卡在两者上的橡胶气囊构成主气室，环形气道通过外管上端的气孔E与主气室相通；在附加气室主体中，所述附加气室上密封板与附加气室外壳通过在其侧面的螺钉连接，磁流变减振器固定在附加气室底部。

空气弹簧、附加气室分别与磁流变减振器内外嵌套，结构紧凑；ECU根据各个传感器提供的数据控制空气弹簧的充气、控制比例阀输入电压及磁流变减振器输入电流，从而控制空气弹簧的放气、高度、固有频率、气流阻尼和磁流变减振器的阻尼；当活塞运动时，通过浮动活塞的上下移动消除减振器压缩过程中的“空行程”现象。主气室与浮动气室内的空气经过环形气道、外管上端的气孔E和下密封盖气孔D而流动，主气室与浮动气室的容积均发生变化，使空气弹簧的刚度发生改变，并使空气弹簧和磁流变减振器的内部作用力冲突得到自行平衡；由于产生压力差，主气室与附加气室的空气经比例阀流动时，空气弹簧的刚度和阻尼亦发生改变；磁流变减振器与空气弹簧共用一个浮动气室，当空气弹簧内的充气压力改变时，浮动气室的初始充气压力也随之改变，进而影响减振器的阻尼特性，实现刚度与阻尼的关联变化。

外管和内管之间的空腔不是传统磁流变减振器的储液室，而是一个容积不变的环形通道，主气室及浮动气室内的空气经过这个通道、外管上端的气孔E和下密封盖气孔D而流动，使磁流变减振器和空气弹簧的内部作用力冲突得到自行平衡，提高了悬架的自适应能力。

本发明的有益效果是：

1.采用磁流变减振器，在一定范围内，可对减振器可进行无级阻尼力精确控制；

2.减振器中没有底阀组件，简化了减振器结构，提高了加工、装配效率；

3.附加气室的加入增大了空气弹簧的容积，可进一步降低悬架的刚度并能产生气流阻尼；

4.可通过电子控制单元控制输入比例阀的电压，控制减振支柱的刚度及阻尼，实现悬架振动参数的最优匹配；

5.实现带附加气室的空气弹簧与减振器的联动控制，有助于提高车辆悬架的减振性能，增强了车辆对不同行驶条件的适应性；

6.悬架能够承受冲击和大行程的剧烈振动。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。。

图2是充气系统结构图。

图3是下密封盖三个弹性支柱未对浮动活塞产生作用力，浮动活塞未达到下密封盖的三个弹性支柱处示意图。

图4是下密封盖三个弹性支柱对浮动活塞产生作用力，浮动活塞达到下密封盖的三个弹性支柱处示意图。

图中：1.防尘罩，2.气压传感器，3.气源，4.气嘴A，5.螺钉，6.空气弹簧上密封板，7.橡胶气囊，8.活塞杆，9.外管，10.内管，11.活塞，12.励磁线圈，13.浮动活塞，14.下密封盖，15.导线，16.气管，17.气孔B，18.比例阀，19.功率放大器，20.ECU，21.附加气室上密封板，22.气孔C，23.附加气室外壳。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进一步说明：

在图1中，空气弹簧上密封板6与活塞杆8固定在一起，导线15在空心活塞杆8内，通过防尘罩1侧面的小孔将励磁线圈12与ECU20相连，导线15在ECU20的控制下，向励磁线圈12输入不同电流，使磁流变液周围的磁场发生变化，改变磁流变液的粘度，从而改变减振器阻尼系数。浮动活塞13与下密封盖14、内管10构成了空气弹簧与磁流变减振器的浮动气室。内管10与外管9构成了环形气道，外管9、橡胶气囊7和空气弹簧上密封板6则构成了空气弹簧的主气室。附加气室上密封板21与附加气室外壳23构成附加气室，气孔B17通过气管16经比例阀18与气孔C22相连，比例阀18通过功率放大器19与ECU20相连，ECU20通过功率放大器19控制比例阀18的输入电压，调节比例阀节流孔大小，从而改变节流孔产生的气流阻尼及空气弹簧的刚度。活塞11与内管10将液压腔分割为复原腔、压缩腔和阻尼通道，当活塞上下运动时，由于复原腔活塞杆的存在，复原腔的体积变化比压缩腔体积变化小，通过浮动活塞的上下移动补偿这部分体积变化。所以，当驾驶室与座椅有相对振动或载荷变化而引起的活塞运动时，主气室与浮动气室的容积均发生变化，主气室、附加气室及浮动气室的压强均发生改变，产生气流流动现象，使空气弹簧的刚度及阻尼发生改变。

在图2中，气嘴A4接通气源3，并在进气口处设有气压传感器2，ECU20根据各个传感器提供的数据控制空气弹簧的充气，或控制比例阀18放气，从而控制空气弹簧的刚度和工作高度。由于磁流变减振器与空气弹簧共用一个浮动气室，当空气弹簧内的充气压力改变时，浮动气室的初始气压力也随之改变，进而影响减振器的阻尼特性，实现刚度与阻尼的关联变化。由于附加气室的加入，空气弹簧的固有频率显著降低，且比例阀节流孔开度在一定范围内会影响弹簧的刚度及阻尼。

在图3中励磁线圈12绕制在活塞11中间位置，活塞11通过螺母固定在活塞杆8末端，通过控制导线15输入励磁线圈中电流，改变励磁线圈产生的磁场从而使磁流变液粘度发生变化，达到改变减振器阻尼系数目的。当浮动气室的气压小于减振器压缩腔的液压时，浮动活塞向下移动，空气弹簧刚度和内部压力发生变化。当悬架受到冲击或大行程剧烈振动时，此时ECU20通过安装在座椅表面各传感器提供的信号，使比例阀18关闭，增大空气弹簧的刚度，当振动过大时，浮动活塞移至下密封盖14三个支柱处，此时悬架的刚度达到最大，悬架能够承受冲击和大行程剧烈振动，对减振器起到限位作用。

本发明工作过程：驾驶室处于上升阶段时，活塞11相对于内管10向下移动，浮动活塞13受油液压力也做小幅的下移运动，主气室与浮动气室的体积减小，气体被压缩，气压升高，空气弹簧刚度增大，此时气体通过气孔D及气孔E在主气室与浮动气室间自由流通，迫使浮动活塞13上移，影响减振器的阻尼特性，实现刚度与阻尼的并联变化，同时空气弹簧中的气压升高使气流经比例阀18流入附加气室，产生气流阻尼；当车速加快、驾驶室上升幅度增大，车辆振动变大，此时ECU20通过传感器提供的信号，使比例阀关闭，增大弹簧的刚度，当振动过大时，浮动活塞移至下密封盖14三个支柱处，此时减振支柱的刚度达到最大，悬架能够承受冲击和大行程剧烈振动，对减振器起到限位作用。

驾驶室处于下降阶段时，活塞11相对于内管10向上移动，浮动活塞13也相应做上移运动，主气室与浮动气室体积均增大，气压下降，空气弹簧刚度减小，同时附加气室中的气体经比例阀流入空气弹簧，产生气流阻尼。

在驾驶室上升或下降过程中，EUC20可根据各传感器信号控制气源3向空气弹簧充气，或控制比例阀18放气，以改变空气弹簧的刚度和工作高度；控制比例阀18的输入电压改变节流孔的大小，从而进一步改变空气弹簧的刚度及气流阻尼；控制励磁线圈12的输入电流，改变磁流变液的粘度，从而改变减振器阻尼系数。带附加气室的空气弹簧与磁流变减振器通过浮动气室建立联动关系，实现阻尼与刚度的联动控制。

Claims (2)

1.一种新型减振支柱，其特征在于，包括磁流变减振器、位于磁流变减振器上方的空气弹簧、磁流变减振器下方的附加气室、压缩空气充气组件、气压传感器、比例阀、功率放大器、控制单元及连接空气弹簧和附加气室的气管，所述空气弹簧、磁流变减振器及附加气室为同轴一体式布置；所述防尘罩(1)通过螺钉(5)连接空气弹簧上密封板(6)，防尘罩(1)侧面开有小孔，所述小孔通过磁流变减振器导线(15)；防尘罩(1)与空气弹簧上密封板(6)的对称位置均开有2个通孔，所述二个通孔内分别设有气嘴A(4)和气孔B(17)，所述气嘴A(4)接通气源(3)，并在进气处设有压力传感器(2)，气孔B(17)通过气管(16)经比例阀(18)与附加气室上密封板(21)的气孔C(22)连接；在减振器主体中，所述活塞(11)固定在活塞杆(8)末端，将内管(10)的液压腔分为复原腔和压缩腔，并产生阻尼通道，活塞(11)中间绕有励磁线圈(12)；活塞(11)与内管(10)、下密封盖(14)构成的空腔内设有浮动活塞(13)，浮动活塞(13)将该腔分隔为2个部分，靠近活塞(11)一侧的空腔部分为磁流变液，浮动活塞(13)的另一侧空腔部分为浮动气室；所述内管(10)外套有外管(9)，内管(10)与外管(9)形成环形通道，通过下密封盖(14)上的气孔D与浮动气室相通；空气弹簧上密封板(6)、外管(9)及卡在两者上的橡胶气囊(7)构成主气室，所述环形气道通过外管(9)上端的气孔E与主气室相通；在附加气室主体中，所述附加气室上密封板(21)与附加气室外壳(23)通过在其侧面的螺钉进行连接，磁流变减振器主体通过外管(9)下端固定在附加气室底部。

2.根据权利要求1所述的一种新型减振支柱，其特征在于所述下密封盖(14)设有轴对称的轴向小孔D。